混凝土路面设计流程

三、参数选择1.标准轴载及轴载换算2.累计当量轴次3.交通分级4.温度梯度5.基层顶面Et与Etc6.混凝土的fcm和Ec1.标准轴载及轴载换算水泥混凝土路面设计以重100kN单轴荷载为标准轴载，重量小于40kN的单轴载可略去不计.标准轴载1.标准轴载及轴载换算轴载换算轴载换算——将不同类型轴载Pi的车辆作用次数Ni换算为标准轴载Ps的作用次数Ns:16100iiisPNNPi——各级轴载单轴或双轴总重，kN；αi——轴数系数。单轴时αi＝1；双轴时按公式计算；Ni——各级轴载的作用次数，次/d。50.221.0710iiP50.221.0710iiP1211657.56.73204142.累计当量轴次设计使用期内设计车道上的标准轴载累计当量轴次Ne:t——设计年限，年；Ns——设计初期，设计车道上日标准轴载的作用次数，次/d；γ——设计年限内交通量的平均年增长率，％，应根据实际情况调查，预测交通量增长，经分析确定；η——轴数分配系数。36511tseNN车道数η单车道1.0双车道分道行驶0.5混合交通0.7四车道0.4~0.5六车道0.3~0.43.交通分级水泥混凝土路面承受的交通，按使用初期设计车道日标准轴载作用次数Ns分为四级交通等级特重重中等轻设计使用期（a）30302020日标准轴载作用次数Ns(n/d)15001500~201200~5≤5综合影响系数kc1.451.351.201.05psjfcprkkk4.温度梯度为确定混凝土路面板在板顶底温差影响下产生的翘曲应力，规范提出了以22cm板厚为标准条件的各地区最大温度梯度（板顶和板底面温差与板厚之比）参考值。自然区划ⅡⅤⅢⅣⅥⅦTg(℃/cm)0.83~0.880.90~0.950.86~0.920.93~0.98各公路自然区划最大温度梯度Tg推荐值面层厚度(cm)16182022242628303234αh1.171.111.051.000.940.890.840.790.750.71不同面层厚度的最大温度梯度修正系数ah5.基层顶面Et与Etc1.基层顶面当量回弹模量Et2.基层顶面计算回弹模量Etc新建道路改建道路对于新建道路，基层顶面的当量回弹模量Et可利用土基的回弹模量E0和基层的回弹模量E1以及基层厚度h1查图得到；若所选的基层结构有2层以上时，则可多次应用当量回弹模量计算图查得，自下而上分布将多层体系的模量值转换为均质体的当量模量值。新建道路双层体系当量回弹模量计算图E1/E010E1/E0≤101.基层顶面当量回弹模量Et1.基层顶面当量回弹模量Et改建道路在原路面的顶面，可通过承载板试验测定其当量回弹模量Et值；当条件不具备或有困难时，可用汽车实测路段的回弹弯沉值来确定计算回弹弯沉值，再按下式确定基层顶面的当量回弹模量Et:04.1013739lEtl0——以后轴重100kN的车辆测得的计算回弹弯沉值，0.01mm。2.基层顶面计算回弹模量Etc以纵缝边缘中部作为临界荷位，通过试验建立了基顶承载板法实测回弹模量值Et与水泥混凝土路面反算的基顶回弹模量值（也称水泥混凝土板下基层顶面计算回弹模量Etc）间的经验关系式：:ttcnEEn——模量修正系数。计算温度应力时，n＝0.35，计算荷载应力时，按下式确定；Et——基层顶面的当量回弹模量，MPa；Ec——混凝土弯拉弹性模量，MPa；8.0310718.1tcEhEnh——混凝土面板厚度，cm;6.混凝土的fcm和Ec交通等级特重重中等轻设计强度fcm(MPa)5.04.54.0混凝土弯拉弹性模量Ec(MPa)310002800027000混凝土设计弯拉强度和弹性模量混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素作用下，将产生压应力和弯拉应力。压应力与混凝土的抗压强度相比很小，但所受的弯拉应力与抗弯强度的比值则大得多，可能导致混凝土面板的开裂破坏，故在设计路面板厚度时，应以弯拉强度为设计标准。混凝土的设计强度以龄期28d的弯拉强度为标准：1.荷载应力计算2.温度应力计算四、应力计算1.荷载应力计算σps——标准轴载在临界位置处产生的荷载应力，计算时未考虑接缝的传荷能力（MPa）；kj——考虑接缝传荷能力而对上述计算应力进行修正的应力折减系数；kc——考虑超载和动载等因素的影响而对标准轴载进行修正的荷载安全系数；kf——考虑设计使用期内轴载应力累计疲劳损耗作用的荷载应力疲劳系数；psjfcpkkk交通等级特重重中等轻综合影响系数kc1.451.351.201.05pspsjfcpkkk利用应力计算图得到标准轴载100kN在纵缝边缘中部处产生未考虑接缝处的传荷能力的最大应力交通等级特重重中等轻初估厚度h(cm)2523~2521~2321疲劳应力系数kf——混凝土路面在使用中承受行车荷载的重复疲劳破坏作用，故在计算板的荷载疲劳应力时，需考虑疲劳应力系数的影响。它随着荷载作用次数的增加，影响程度也增大，其值按下式确定：psjfcpkkk0516.0efNKpsjfcpkkk应力折减系数kj——接缝的传荷能力与板的荷载应力折减系数kj有关，根据国内外对接缝传荷能力测定分析及影响的研究成果，采用如下折减系数：（纵向）接缝情况设拉杆的平缝或缩缝不设拉杆的平缝或自由边应力折减系数kj0.87～0.9212.温度应力计算四、应力计算tmttkσtm——当地最大温度梯度作用下临界荷位处所产生的温度翘曲应力（MPa）；fcm——混凝土的设计弯拉强度（MPa）；kt——考虑使用年限内不同温度梯度作用下和等效累计疲劳损耗的系数；tmttk2.温度应力计算最大温度梯度作用下的温度应力σtm——xgcctmkhTE5.0σtm——当地最大温度梯度作用下临界荷位处所产生的温度翘曲应力（MPa）ac——混凝土的线膨胀系数，1/℃，通常取1/100000℃；Ec——混凝土抗折强度，MPa;h——混凝土面板厚度,cm;Tg——当地混凝土板的最大温度梯度，℃/cm;kx——考虑温度沿板厚非线性分布的温度应力系数，按板长L与板相对刚度半径r的比值L/r和板厚查图确定系数:31537.0tccEEhrtmttk2.温度应力计算最大温度梯度作用下的温度应力σtm——xgcctmkhTE5.0σtm——当地最大温度梯度作用下临界荷位处所产生的温度翘曲应力（MPa）ac——混凝土的线膨胀系数，1/℃，通常取1/100000℃（MPa）；Ec——混凝土抗折强度，MPa;h——混凝土面板厚度,cm;Tg——当地混凝土板的最大温度梯度，℃/cm;2.温度应力计算tmttk温度应力疲劳作用系数kt——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按所在地区公路自然区划和最大温度应力与混凝土设计弯拉强度的比值查表得到。五、设计步骤设计步骤——收集交通资料；计算设计车道的初始年日标准轴载作用次数Ns,确定公路等级和设计使用年限，计算设计车道使用年限内的标准轴载累计作用次数Ne；初拟路面厚度；确定混凝土设计弯拉强度fcm和弹性模量Ec；确定基层顶面计算回弹模量Etc；计算荷载疲劳应力σp；计算温度疲劳应力σt；检验（σp+σt）之和是否满足要求：如满足，则初拟厚度可以作为设计厚度；如不满足，则重新拟定路面结构，直至满足上述要求为止。cmtpcmff03.1)(95.0五、设计步骤新规范规定——水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用式()prtrrf式中：γr——可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表3.0.3确定；σpr——行车荷载疲劳应力（Mpa；σtr——温度梯度疲劳应力（Mpa；fr——水泥混凝土弯拉强度标准值（Mpa。五、设计步骤()prtrrf表3.0.3可靠度系数变异水平等级目标可靠度（％）95908580低1.20～1.331.09～1.161.04～1.08—中1.33～1.501.16～1.231.08～1.131.04～1.07高—1.23～1.331.13～1.181.07～1.11表3.0.1可靠度设计标准公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路安全等级一级二级三级四级设计基准期（a）30302020目标可靠度（％）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低～中中中～高